Ein Quanten-Rasterelektronenmikroskop zur Detektion und kohärenten Manipulation einzelner Atome
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Projekt “Ein Quanten-Rasterelektronenmikroskop zur Detektion und kohärenten Manipulation einzelner Atome” hatte zum Ziel, eine neue Nachweis- und Manipulationstechnik für ultrakalte Quantengase zu entwickeln. Diese basiert auf den Grundlagen der Rasterelektronenmikroskopie: Ein fokussierter Elektronenstrahl wird auf ein ultrakaltes Quantengas gerichtet. Durch Elektronenstoßionisation werden Ionen produziert, die mit einem Detektor nachgewiesen werden. Mit diesem Prinzip lassen sich zwei Vorteile verbinden. Zum einen besitzt die Technik eine sehr gute räumliche Auflösung, die allen optischen Nachweismethoden überlegen ist und zum anderen ist die Methode empfindlich auf einzelne Atome. Innerhalb des Projektes konnte die Apparatur erfolgreich aufgebaut werden und beide Aspekte demonstriert werden. Damit war es uns erstmals möglich, Atome ortsaufgelöst in optischen Gittern mit 600 nm Gitterabstand nachzuweisen und zu manipulieren. Die erreichte Auflösung ist besser als 150 nm. Für die Zukunft bieten sich eine Vielzahl möglicher Experimente an. Die Vermessung von Paarkorrelationen in ultrakalten Quantengasen, die Erzeugung von Nichtgleichgewichtszuständen, die in situ Beobachtung von Tunnelprozessen, dissipative Defekte in Quantengasen sowie die kohärente Manipulation von Atomen mit Hilfe des elektrischen oder magnetischen Felds des Elektronenstrahls sind nur einige Beispiele für die neuen Möglichkeiten, die sich durch diese Methode ergeben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “A Scanning Electron Microscope for Ultracold Atoms”. Laser Phys. Lett. 3, 415-419 (2006)
T. Gericke, C. Utfeld, N. Hommerstad, and H. Ott
- „All-optical formation of a Bose-Einstein condensate for applications in scanning electron microscopy“. Appl. Phys. B 89, 447-451 (2007)
T. Gericke, P. Würtz, D. Reitz, C. Utfeld, and H. Ott
- „High resolution scanning electron microscopy of an ultracold quantum gas“. Nature Physics 4, 949 (2008)
T. Gericke, P. Würtz, D. Reitz, T. Langen, and H. Ott
- „Probing Bose-Einstein Condensates by Electron Impact Ionization”. J. Phys. B: Conf. Series 141, 012020 (2008)
P. Würtz, T. Gericke, T. Langen, A. Koglbauer, and H. Ott
- “Dissipation-induced coherent structures in Bose-Einstein condensates”. Phys. Rev. Lett. 102, 144101 (2009)
V. A. Brazhnyi, V. V. Konotop, V. M. Perez-Garcia, and H. Ott
- “Experimental Demonstration of Single-Site Addressability in a Two-Dimensional Optical Lattice”. Phys. Rev. Lett. 103, 080404 (2009)
P. Würtz, T. Langen, T. Gericke, A. Koglbauer, and H. Ott
- “Ultracold atoms as a target: absolute scattering cross-section measurement”. New J. Phys. 12, 065033 (2010)
P. Würtz, T. Gericke , A. Vogler and H. Ott
- „ac-Stark shift and photoionization of Rydberg atoms in an optical dipole trap“. New J. Phys. 12, 113003 (2010)
F. Markert, P. Würtz, A. Koglbauer, T. Gericke, A. Vogler, and H. Ott
- „Image formation in scanning electron microscopy of ultracold atoms“. Appl. Phys. B 98, 641 (2010)
P. Würtz, T. Gericke, A. Vogler, F. Etzold and H. Ott
